Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ОТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ТОКОВ В ТРЁХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ И ЧЕТЫРЁХПРОВОДНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи.

Известно, что потери мощности и энергии в трехфазных трансформаторах и линиях электропередачи зависят от несимметричных токов в них. В кН.: Р. Дрехслер. «Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке»: Пер. с чешск. М.: Энергоатомиздат, 1985, 112 с., предлагается оценивать потери в элементах системы электропередачи по величине мощности пульсаций, скрытой мощности, мощности искажений и реактивной мощности.

По этим показателям для измерения потерь потребуется большой объем измерительной информации с довольно громоздкими дальнейшими вычислениями.

Наиболее близким техническим решением к изобретению относится «Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2533530, МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014), предусматривающий измерение напряжения на первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. В данном способе измерения потерь силовых трансформаторов в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения, выходное напряжение которого ступенчато регулируют в пределах от 70 до 110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль», осуществляемое трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем.

Недостатком данного способа является измерение общих потерь в трансформаторе при холостом ходе, а не отдельных составляющих - потерь мощности от несимметричных токов, а также невозможность измерения потерь в трансформаторе в рабочем режиме.

Задача изобретения - определение потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи по результатам измерения известных показателей электроэнергии:

- коэффициента обратной последовательности токов K_2i,

- коэффициента нулевой последовательности токов K_0i.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, предусматривающего применение источника регулируемого трехфазного напряжения, измеряют при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности токов в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметричных токов по формуле:

откуда ΔP_ε=K_εΔP₁,

где: R₀, R₁ - активные сопротивления нулевой и прямой последовательности трансформатора (линии);

ΔP_ε - потери мощности от несимметричных токов;

P₁ - потери мощности от тока прямой последовательности.

Новые существенные признаки

1. Измеряют в четырехпроводной сети при несимметричной нагрузке коэффициенты обратной и нулевой последовательности трехфазных токов.

2. По результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несимметрии токов в трехфазном трансформаторе (линии) по формуле:

3. Зная коэффициент K_ε и потери мощности от тока прямой последовательности определяют потери мощности от несимметрии токов в трансформаторе (линии):

ΔP_ε=K_εΔP₁.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата, на который распространяется исчерпываемый объем правовой охраны.

Технический результат

1. Разработан простой способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, составляющих дополнительные потери, за счет снижения которых достигается снижение общих потерь.

2. Минимальный набор материально-технических средств.

3. Измерения реализуются с помощью одного измерительного прибора «Энергомонитор 3.3» высокого класса точности 0,1, приведенная погрешность которого не превышает 0,1%. Поэтому точность измерения симметричных составляющих токов будет высокой (методическая погрешность отсутствует).

4. Разработанное математическое выражение для коэффициента потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях является простым. Поэтому отсутствуют громоздкие вычисления потерь мощности в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях.

Пояснения к способу измерения потерь

Современные трехфазные четырехпроводные сети, как правило, имеют неравномерную нагрузку. Поэтому в них создаются несимметричные токи. В трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях возникают потери мощности и электрической энергии от несимметричных токов. При разработке средств и способов снижения потерь в трансформаторах и линиях важно иметь информацию не только о полных потерях, но и, прежде всего, о частичных потерях мощности, составляющих эти потери, и принимать меры по их снижению. К частичным потерям относятся потери мощности от несимметричных токов.

В трехфазной четырехпроводной сети при симметричной синусоидальной трехфазной системе напряжений и несимметричной линейной нагрузке возникает трехфазная несимметричная система токов, которая может быть разложена на симметричные составляющие токов прямой I₁, обратной I₂ и нулевой I₀ последовательности. Эти составляющие токов характеризуются коэффициентами обратной и нулевой последовательности токов, которые измеряются прибором «Энергомонитор 3.3». По результатам измерения вычисляется важнейший критерий (коэффициент) потерь мощности от несимметричных токов, равный отношению потерь мощности от токов обратной и нулевой последовательности ΔP_ε к потерям мощности от токов прямой последовательности ΔP₁:

где

Зная потери мощности от токов прямой последовательности и коэффициент K_ε, определяют потери мощности от несимметричных токов в трехфазном трансформаторе (линии):

ΔP_ε=K_εΔP₁.

Для экспериментальной проверки способа измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи в научно-исследовательской лаборатории кафедры электроэнергетики и электрооборудования федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВО СПбГАУ) изготовлена физическая модель электрической сети 0,38 кВ. Эта модель содержит реальное электротехническое оборудование: трехфазные трансформаторы типа ТМГ мощностью 25 кВА с номинальными первичным и вторичным напряжениями 0,38 кВ, четырехпроводную линию электропередачи, выполненную проводом марки СИП-4, сечением 25 мм², длиной 370 м, нагрузочное устройство: набор регулируемых однофазных резисторов в трехфазном исполнении общей мощностью 25 кВт и два трехфазных асинхронных электродвигателя по 4,5 кВт с генераторами постоянного тока на общем валу. Измерения потерь мощности и других физических величин в трансформаторе и линии производились с помощью измерительных устройств «Энергомонитор 3.3», имеющих класс точности 0,1.

На физической модели сети 0,38 кВ проведены исследования потерь мощности от несимметричных токов в трансформаторах со схемами соединения обмоток Y/Y_H, Y/Y_H СУ, Y/Z_H и четырехпроводной линии. При этом потери мощности от несимметрии токов, полученные опытным путем, сравнивались с расчетными данными. Расхождение между опытными и расчетными данными не превышало 1,5%, что подтверждает правильность предлагаемого способа измерения потерь мощности от несимметричных токов.

В таблице 1 приведены результаты исследования потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе Y/Y_H на физической модели сети 0,38 кВ при изменении двухфазной нагрузки (опыты №№1…5).

Способ измерения потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи прошел экспериментальную проверку. Результаты эксперимента совпали с результатами расчета.

Источник информации

1. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке: Пер. с чешск. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 112 с.

2. Патент РФ №1533530. Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления. МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014.